一种用于电子式电流互感器的守时钟及其运行方法技术

技术编号:13625265 阅读:118 留言:0更新日期:2016-09-01 18:52
本发明专利技术公开了一种用于电子式电流互感器的守时钟及其运行方法,包括数字鉴相器、数字环路滤波器、数控振荡器;数字鉴相器包括D触发器和锁定电路;D触发器的输入端接收输入时钟信号,另一个输入端与数控振荡器相连;锁定电路与数控振荡器相连;数字环路滤波器包括可逆计数器和比较器,可逆计数器分别与D触发器和数控振荡器连接,可逆计数器与比较器相连;数控振荡器包括相位控制器、分频器和晶振,相位控制器与比较器相连,相位控制器与信号钟相连,相位控制器与分频器相连,分频器与晶振相连。本发明专利技术使本地时钟和输入信号同步,采用加/减脉冲式数控振荡器,通过粗调和细调两种方式加减脉冲数,大大提高了守时钟的同步速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子式互感器时钟同步领域,具体涉及一种基于复杂可编程逻辑电路的电子式电流互感器的守时钟及其运行方法。
技术介绍
GPS(全球定位系统)是美国在l993年建成的新一代卫星导航、定位和授时系统。它由分布在6条轨道上距地球大约2万公里的2颗卫星组成,能全球覆盖、全天候工作、每天24小时连续实时地向地面用户提供高精度位置、速度和时间信息。GPS传递的时间能在全球范围内与世界协调时(UCT)保持高精度同步,是迄今为止传播范围最广,精度最高的无线电时钟信号源。GPS的设计目的是用于美国的军事领域,具有很高的可靠性;同时在降低精度的条件下兼供全世界民用领域。因此,在一定意义上讲,GPS已成为一项全球共享的技术资源。(1)两种时间系统1)世界协调时(Universal Coordinated Time—UCT)UCT是一种以原子时秒长为基础,在时刻上尽量接近世界时的折衷时间系统。它是目前世界各国时号播发的基础。2)GPS时GPS时是全球卫星定位系统建立的专用时间系统,它由GPS主控站里的一组高精度原子钟所控制GPS时属于原子时系统,其秒长与UCT相同。GPS时是一种连续计时系统,不含闰秒修正,它与UCT的时刻规定于1980年1月6日0时相同。其后,随着时间的积累两者之间的差异表现为秒的整数倍可以说,GPS时和UCT是两种既相关又不同的时间尺度。(2)GPS的时间传递和同步原理GPS的高精度定位、测速和导航之功能是建立在它的精密测时基础之上的。为了测量时间,要用到两个时钟:一是GPS卫星钟,二是用户接收机内部时钟。前者简称星载钟,后者称为用户钟星载钟为原子钟,其与GPS时的偏差包括在发给用户的导航电文中。用户钟是普通晶体钟,其与GPS时的偏差需要计算。根据GPS系统的工作原理,用户接收机通过接收4颗卫星的信息可进行三维定位;通过接收3颗卫星的信息可进行二维定位。在接收机位置确定后且不再改变的条件下,接收机只需接收一颗卫星的信息便可进行精确的时间传递和时间同步。
技术实现思路
针对上述问题,本专利技术提出一种用于电子式电流互感器的守时钟及其运行方法,能够使本地时钟和输入信号同步。实现上述技术目的,达到上述技术效果,本专利技术通过以下技术方案实现:一种用于电子式电流互感器的守时钟,包括数字鉴相器、数字环路滤波器、数控振荡器;所述数字鉴相器包括顺次相连的D触发器和锁定电路;D触发器的其中一个输入端接收输入时钟信号,另一个输入端与数控振荡器的输出端相连;锁定电路的输出端与数控振荡器的输入端相连;所述数字环路滤波器包括可逆计数器和比较器,可逆计数器的输入端分别与D触发器的输出端和数控振荡器的输出端连接,可逆计数器的数据传输端与比较器的数据传输端相连;所述数控振荡器包括相位控制器、分频器和晶振,相位控制器的输入端与比较器的输出端相连,相位控制器的时钟引脚锁定电路的输出端相连,相位控制器的输出端与分频器的输入端相连,分频器的输入端还与晶振相连,分频器的输出端作为数控振荡器的输出端。所述输入时钟信号为GPS秒脉冲信号。一种用于电子式电流互感器的守时钟的运行方法,包括以下步骤:(1)数字鉴相器获取输入时钟信号PPS与数控振荡器输出的环路反馈信号SCLK之间的相差信号SIGN和同步标志信号lock,并分别将相差信号SIGN传给数字环路滤波器、同步标志信号lock传给数控振荡器;(2)数字环路滤波器对相差信号进行滤波,得到可以操控数控振荡器的信号ahead和lag;(3)数控振荡器根据接收到的命令ahead、lag和lock标记,通过粗调或细调方法对晶振的频率进行调控,实现对环路反馈信号SCLK相位的调控,并把环路反馈信号SCLK反馈传送给数字鉴相器和数字环路滤波器充当时钟信号,最后经过不断地调节使得输入时钟信号PPS与环路反馈信号SCLK同步。所述步骤(1)中,数字鉴相器获取输入时钟信号PPS与数控振荡器输出的环路反馈信号SCLK之间的相差信号SIGN和同步标志信号lock,具体为:将输入时钟信号PPS作为基准信号,数字鉴相器中的D触发器判别接收到的数控振荡器输出的环路反馈信号SCLK的相位与基准信号之间的超前滞后关系,并输出二者之间的相差信号SIGN,当相差信号SIGN为高电平,则环路反馈信号SCLK超前基准信号;反之,当相差信号SIGN为低电平,则环路反馈信号SCLK滞后基准信号;当相差信号SIGN第一次出现极性反转时,则环路反馈信号SCLK锁定基准信号,同步标志信号lock从初始状态的低电平变成高电平。所述步骤(2)中,数字环路滤波器对相差信号SIGN进行滤波,得到可以操控数控振荡器的信号ahead和lag,具体为:当相差信号SIGN处于低电平时,可逆计数器执行减计数;当相差信号SIGN处于高电平时,可逆计数器执行增计数;如果可逆计数器的输出值q等于计数上限2*n或下限0,比较器输出装载赋值信号,将n装载赋值至可逆计数器初始值d;如果可逆计数器的输出值q超出上限值2*n,环路进入失锁状态,环路反馈信号SCLK相位超前输入时钟信号PPS,比较器产生超前信号ahead;反之,如果可逆计数器的输出值q超出下限值0,环路也进入失锁状态,环路反馈信号SCLK的相位滞后输入时钟信号PPS,比较器产生滞后信号lag;其中n为滤波阈值。所述步骤(3)中,数控振荡器根据接收到的命令ahead、lag和lock标记,通过粗调或细调方法对晶振的频率进行调控,实现对环路反馈信号SCLK相位的调控,并把环路反馈信SCLK反馈传送给数字鉴相器和数字环路滤波器充当时钟信号,最后经过不断地调节使得输入时钟信号PPS与环路反馈信号SCLK同步,具体为:相位控制器通过设定分频器在计数到阀值时的初始值,采用增减计数脉冲的方式,实现通过加/减秒冲来调整环路反馈信号SCLK的相位;当信号ahead和lag处于低电平时进行M分频;当信号ahead处于高电平时,相位控制器减去Δn个脉冲,使得环路反馈信号SCLK推迟了Δn/M个周期,达到其相位接近输入时钟信号PPS的目的;当lag处于高电平时,相位控制器增加Δn个脉冲,使得输入时钟信号PPS前移了Δn/M个周期,达到其相位接近输入时钟信号PPS目的;其中,Δn为脉冲调节值;所述粗调方法为:减去或增加多个脉冲信号完成对相位的调整,Δn>1;所述细调方法为:当数控振荡器接收到lock信号后,减掉或增加单个脉冲信号完成对相位的调整,Δn=1。本专利技术的有益效果:本专利技术的用于电子式互感器的守时钟及其运行方法,使本地时钟和输入信号同步,采用加/减脉冲式数控振荡器,通过粗调和细调两种方式加减脉冲数,大大提高了守时钟的同步速度。在未同步时,先粗调快速进行同步,这时的同步精度不高,等同步之后再经过细调得到高精度,从而保证守时钟有较高的同步精度。在专利技术中,采用的是高精度的晶振,能够实现在GPS秒脉冲失去后,输出信号能持续一定偏差限度内的同步的目的。附图说明图1为本专利技术一种实施例的用于电子式互感器的守时钟结构框图。图2为本专利技术一种实施例的数字鉴相器结构设计框图。图3为本专利技术一种实施例的数字环路滤波器结构设计框图图4为本专利技术一种实施例的数控振荡器结构设计框图。图5为本专利技术一种实施例的电子式互感器工作模式原理图。具体实施方式为本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种用于电子式电流互感器的守时钟,其特征在于:包括数字鉴相器、数字环路滤波器、数控振荡器;所述数字鉴相器包括顺次相连的D触发器和锁定电路;D触发器的其中一个输入端接收输入时钟信号,另一个输入端与数控振荡器的输出端相连;锁定电路的输出端与数控振荡器的输入端相连;所述数字环路滤波器包括可逆计数器和比较器,可逆计数器的输入端分别与D触发器的输出端和数控振荡器的输出端连接,可逆计数器的数据传输端与比较器的数据传输端相连;所述数控振荡器包括相位控制器、分频器和晶振,相位控制器的输入端与比较器的输出端相连,相位控制器的时钟引脚锁定电路的输出端相连,相位控制器的输出端与分频器的输入端相连,分频器的输入端还与晶振相连,分频器的输出端作为数控振荡器的输出端。

【技术特征摘要】
1.一种用于电子式电流互感器的守时钟,其特征在于:包括数字鉴相器、数字环路滤波器、数控振荡器;所述数字鉴相器包括顺次相连的D触发器和锁定电路;D触发器的其中一个输入端接收输入时钟信号,另一个输入端与数控振荡器的输出端相连;锁定电路的输出端与数控振荡器的输入端相连;所述数字环路滤波器包括可逆计数器和比较器,可逆计数器的输入端分别与D触发器的输出端和数控振荡器的输出端连接,可逆计数器的数据传输端与比较器的数据传输端相连;所述数控振荡器包括相位控制器、分频器和晶振,相位控制器的输入端与比较器的输出端相连,相位控制器的时钟引脚锁定电路的输出端相连,相位控制器的输出端与分频器的输入端相连,分频器的输入端还与晶振相连,分频器的输出端作为数控振荡器的输出端。2.根据权利要求1所述的用于电子式电流互感器的守时钟,其特征在于:所述输入时钟信号为GPS秒脉冲信号。3.根据权利要求1所述的一种用于电子式电流互感器的守时钟的运行方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)数字鉴相器获取输入时钟信号PPS与数控振荡器输出的环路反馈信号SCLK之间的相差信号SIGN和同步标志信号lock,并分别将相差信号SIGN传给数字环路滤波器、同步标志信号lock传给数控振荡器;(2)数字环路滤波器对相差信号进行滤波,得到可以操控数控振荡器的信号ahead和lag;(3)数控振荡器根据接收到的命令ahead、lag和lock标记,通过粗调或细调方法对晶振的频率进行调控,实现对环路反馈信号SCLK相位的调控,并把环路反馈信号SCLK反馈传送给数字鉴相器和数字环路滤波器充当时钟信号,最后经过不断地调节使得输入时钟信号PPS与环路反馈信号SCLK同步。4.根据权利要求3所述的一种用于电子式电流互感器的守时钟的运行方法,其特征在于:所述步骤(1)中,数字鉴相器获取输入时钟信号PPS与数控振荡器输出的环路反馈信号SCLK之间的相差信号SIGN和同步标志信号lock,具体为:将输入时钟信号PPS作为基准信号,数字鉴相器中的D触发器判别接收到的数控振荡器输出的环路反馈信号SCLK的相位与基准信号之间的超前滞后关系,并输出二者之间的相差信号SIGN,当相差信号SIGN为高电平,则环路反馈信号SCLK超前基准信号;反之,当相差信号SIGN为...

【专利技术属性】
技术研发人员:徐敏锐杨世海黄奇峰卢树峰王忠东赵双双李志新陈钢陆子刚吴桥陈铭明张清松周亦洲臧海祥
申请(专利权)人:国网江苏省电力公司电力科学研究院国家电网公司河海大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

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